JP3454934B2 - 顕微鏡の焦準機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡における観察標
本のピント合わせを行うための焦準機構に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡の焦準機構としては、図６
に示すように、ステージ系の上下動をラックとピニオン
の組み合わせで行う方式によるものが多く用いられてき
た。図中、３０は鏡体３１に固定された焦準部本体、３
２はガイド３３によって焦準部本体３０に上下動自在に
支持された可動体、３４は可動体３２に固定されたラッ
ク、３５は焦準部本体３０に回転可能に支持されたピニ
オン軸、３６はピニオン軸３５と共軸に配置された焦準
操作ハンドルである。

【０００３】また、３７は標本Ｓを載置するステージ、
３８はステージ３７を担持し可動体３２に対して位置決
め固定されたステージホルダ、３９はコンデンサホルダ
３９ａを介してステージホルダ３８に保持されているコ
ンデンサである。更に、４０は対物レンズ４１を保持
し、鏡体３１のアーム部３１ａの先端に装着されたレボ
ルバ、４２は鏡体３１のアーム部３１ａの上部に取り付
けられた鏡筒、４３は鏡筒４２の双眼部に装着された接
眼レンズ、４４は鏡体３１の背面下方に装着された光
源、４５は光源４４からの光をコンデンサ３９に導く照
明光学系である。

【０００４】そして、光源４４を点灯すれば、光源４４
から射出された照明光は、照明光学系４５を介してコン
デンサ３９に導かれ、コンデンサ３９で集光されて標本
Ｓを照明する。焦準操作ハンドル３６の回転操作によ
り、ピニオン軸３５，ラック３４を介して可動体３２が
上下に移動することにより、標本Ｓのピント合わせが行
われ、標本Ｓの像が鏡筒４２，接眼レンズ４３を介して
観察できるようになっている。

【０００５】最近は、上述したような手動方式の焦準機
構に、ステッピングモータ等のアクチュエータを取り付
けて、電動化したものも多くなってきた。しかし、ラッ
ク−ピニオン等による手動方式の焦準機構は、精度面で
限界があるので、高精度なアクチュエータを付加したと
しても、十分に性能を発揮できなかった。また、図６で
示したように、ラックにピニオンをかみ合わせた機構
は、アクチュエータに掛かる負荷も大きく、微動操作が
難しいので、特別な減速機構が必要となる。

【０００６】そこで、このような問題を解決するため、
ラック−ピニオン等による手動操作を含めず、電動のみ
の焦準操作に限定した電動焦準機構も採用されるように
なってきた。図７は、送りねじを用い直線運動を実現す
る電動送り機構の要部構成図である。このような構成
は、顕微鏡の焦準機構ばかりでなく、測定器や工作機械
等における送り機構、試料ステージのＸＹ送り機構等に
幅広く利用されている。

【０００７】図７において、５０ａ，５０ｂは平行に設
けられた一組のガイド、５１はガイド５０ａ，５０ｂに
よって上下動可能に支持された可動体、５２はガイド５
０ａ，５０ｂと平行に並設された送りねじ軸である。送
りねじ軸５２は、両端の軸受５３ａ，５３ｂによって回
転可能に支持されている。５４は送りねじ軸５２にかみ
合っているナット、５５は可動体５１とナット５４とを
機械的に固定する結合部材、５６はカップリング５７を
介して送りねじ軸５２と結合されているモータである。

【０００８】図７の電動送り機構では、モータ５６が回
転すると、カップリング５７を介して送りねじ軸５２が
回転し、送りねじ軸５２にかみ合っているナット５４に
は、送りねじ軸５２の回転方向に応じて上昇または下降
する方向の力が作用する。従って、ナット５４と機械的
に固定されている可動体５１が、ガイド５０ａ，５０ｂ
によって支持されつつ上または下方向に移動することに
なる。このような電動送り機構を顕微鏡の焦準機構に用
いれば、特別な減速機構を付加することなく、大きな減
速比が得られるとともに、構成部品の数も少ない高精度
な焦準機構が実現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７で示し
た電動送り機構を顕微鏡の焦準機構として用い、精度を
確保するは、可動体５１に駆動力を与える送りねじ軸５
２が、可動体５１を上下動可能に支持しているガイド５
０ａ，５０ｂと完全に平行に保たれていることが必要で
ある。しかしながら、実際はガイド５０ａ，５０ｂと送
りねじ軸５２を完全に平行に配置することは、加工精
度、組立精度等の面から非常に難しく、ガイド５０ａ，
５０ｂと送りねじ軸５２との間には、図７に誇張して示
してあるように、Δαの角度誤差が不可避的に生じる。
このような角度誤差Δαを存在させたまま、モータ５６
を回転させると、送りねじ軸５２のねじ山とナット５４
のねじ山との接触部分に無理が生じ、送り量にむらが生
じたり、高回転時にナット５４の温度が著しく上昇し
て、負荷が重くなったり、更には、焦準機構の寿命が著
しく低下したりするという問題がある。

【００１０】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、部品の加工精度をそれほど必要とせず、しか
も簡単な構成で高精度な電動焦準機構を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡の焦準機
構は、顕微鏡の鏡体に固定されている焦準部本体と、ガ
イドによって焦準部本体に上下動自在に支持されている
可動体と、前記ガイドと略平行に配置されている送りね
じ軸と、前記焦準部本体上に設置され前記送りねじ軸を
垂直方向に規制しかつ回転自在に垂設するように片持支
持する軸受と、前記送りねじ部にかみ合うように前記可
動体に固着されたナットと、前記送りねじ軸と共軸に前
記焦準部本体に取付けられたモータと、前記モータのモ
ータ軸と前記送りねじ軸とを結合するカップリングとを
備えたことを特徴としている。

【００１２】また、本発明の顕微鏡の焦準機構は、前記
軸受を調心タイプの軸受となるようにしたことを特徴と
している。

【００１３】また、本発明の顕微鏡の焦準機構は、前記
送りねじ軸と前記ナットとの組合せをボールねじタイプ
の構造となるようにしたことを特徴としている。

【００１４】

【作用】焦準部本体上に設置された軸受により片持支持
された送りねじ軸に、可動体に固着されたナットが組み
合わされている。従って、送りねじ軸が軸受によりあら
かじめ両端支持された従来例に比べて、可動体を支持す
るガイドと送りねじ軸との間に角度誤差が生じることに
よる送りねじ軸のねじ山とナットのねじ山との接触部分
への負担、あるいは送りねじ軸のねじ溝とナットのねじ
溝とそれらの間に介在させたボールへの負担が軽減され
ることにより、送り量にムラが生じたり、ナットの温度
が著しく上昇したり、更には寿命が著しく低下したりす
るようなことがない。また、部品構成が簡単で構成要素
も少ないため高精度な焦準機構が実現できる。

【００１５】

【実施例】第１実施例 図１は、本発明に係る焦準機構の第１実施例の構成図で
ある。図中、１は鏡体、２は鏡体１に固定された焦準部
本体、３は焦準部本体２に対してガイドとしてのリニア
ガイド４により上下動自在に支持された可動体である。
リニアガイド４としては、ボールガイドやクロスローラ
ガイドが好ましい。５はリニアガイド４と略平行に配置
された送りねじ軸である。送りねじ軸５は、後述するナ
ットとすべり接触により螺合するように雄ねじが形成さ
れているねじ部とそうでない非ねじ部よりなる。そし
て、送りねじ軸５は、非ねじ部であって直径が太くなっ
ている上端部５ａで、焦準部本体２の上面に配設された
軸受としてのスラスト玉軸受６により垂設状態に片持支
持されている。７は送りねじ軸５にすべり接触によりか
み合うように可動体３に固定されているナットである。
そして、スラスト玉軸受６とナット７によって、送りね
じ軸５は回転自在であり、かつ、垂直方向には動かない
ように位置が規制されている。

【００１６】また、８は焦準部本体２の上面に固定さ
れ、アクチュエータとしてのステッピングモータ９を取
り付けるための台座、１０はステッピングモータ９の軸
９ａと送りねじ軸５とを結合するカップリングである。
カップリング１０としては、両側の軸間の偏心や偏角を
吸収できるフレキシブルカップリング、更に好ましくは
バックラッシュがなく両側の軸間の偏心や偏角があった
時でも軸への反力が小さいオルダム式カップリング等が
良い。更に、１１は観察すべき標本を載置するステー
ジ、１２はステージ１１を担持するとともに、可動体３
に装着されているステージホルダである。ステージ１１
及びステージホルダ１２は、可動体３の上下動に伴っ
て、一体的に上下するようになっている。

【００１７】上述のように構成された第１実施例の作用
について説明する。まず、ステージ１１の位置は次のよ
うにして決められる。モータ９が停止しているときは、
可動体３の自重及びステージ１１，ステージホルダ１２
の重量により、送りねじ軸５と可動体３に固定されたナ
ット７とのかみ合い部を経由して、送りねじ軸５の上端
部５ａとスラスト玉軸受６とが確実に接触することによ
り、焦準部本体２に対し、リニアガイド４を介して上下
動自在に支持された可動体３は、上下方向の位置が決定
される。

【００１８】また、モータ９が回転すれば、モータ９の
回転がカップリング１０を経由して送りねじ軸５の回転
となり、送りねじ軸５と可動体３に固定されたナット７
とのかみ合い部で、上下方向の推進力に変換されること
により、可動体３，ステージホルダ１２，ステージ１１
が一体的に上下方向に駆動される。モータ９が回転を停
止することにより、ステージ１１も停止する。このと
き、送りねじ軸５を支持するスラスト玉軸受６とナット
７とが、完全に同軸上にないとしても、その偏心量に相
当する分の微少な傾きΔαを有する状態で送りねじ軸５
が片持支持されるために、従来技術のように軸受による
両端支持と可動体を支持するガイドとによる過剰拘束に
ならないので、送りねじ軸５に掛かる負担を軽減でき
る。この結果、モータ９に掛かる回転負荷トルクも滑ら
かなものとなり、より高精度な焦準動作が可能となる。

【００１９】なお、本実施例の変形例として、スラスト
玉軸受のかわりに、スラスト方向の負荷能力の比較的大
きいラジアル玉軸受であるアンギュラ玉軸受等も使用可
能である。

【００２０】第２実施例 図２は、本発明に係る焦準機構の第２実施例の構成図で
ある。図１と同一の構成部分には、同一符号を付してあ
り、説明は省略する。本実施例では、送りねじ軸が上ね
じ軸２０，下ねじ軸２１の二体に分けられており、上ね
じ軸２０にはねじ部はない。上ねじ軸２０と下ねじ軸２
１との間に、偏角に対する性能が良好な公知のフレキシ
ブルジョイント２２を介装して、上ねじ軸２０と下ねじ
軸２１とを結合してある。その他の構成は、第１実施例
と同様であるので、作用の説明も省略する。第２実施例
の場合は、上ねじ軸２０，下ねじ軸２１をそれぞれ支持
するスラスト玉軸受６とナット７との偏心が大きい場合
でも、フレキシブルジョイント２２により吸収できるの
で、第１実施例と比較すると、更に回転特性が良好とな
り、精度も安定する。

【００２１】第３実施例 図３は、本発明に係る焦準機構の第３実施例の構成図で
ある。図１と同一の構成部分には、同一符号を付してあ
り、説明は省略する。本実施例では、送りねじ軸５を垂
直方向に規制し回転自在に片持支持するための軸受とし
て、自動調心玉軸受２３を用いている以外は第１実施例
と変わるところはない。なお、カップリング１０として
はフレキシブルカップリングを用いている。そこで、図
４に第３実施例の要部拡大図を示す。本図では、送りね
じ軸５やナット７に対して、ステッピングモータ９の軸
９ａや焦準部本体２の軸受設置面である軸受外輪配設部
２ａの中心軸がΔαだけ傾いている場合を誇張して示し
ている。図中、自動調心玉軸受２３は、その外輪２３ａ
の軌道が球面であるため、内輪２３ｂやボール２３ｃが
軸受中心の周りを自由に回転できる調心性がある。従っ
て、自動調心玉軸受２３の内輪２３ｂは、本実施例にお
いて、外輪２３ａに対して角度Δαの傾きを持ったまま
回転すること、言い換えれば、焦準部本体２上の軸受設
置面に対して傾斜した状態で回転することが可能であ
る。このとき、カップリング１０の許容偏角がΔαより
大きくまた許容偏心が ｌ×ｔａｎ（Δα） （ｌは自
動調心玉軸受２３の中心からカップリング１０までの距
離） より大きければ、カップリング１０は、滑らかに
回転することが可能である。このように、第３実施例に
おいては、送りねじ軸５を支持する自動調心玉軸受２３
とナット７との間にΔαの傾きが存在する場合において
も、送りねじ軸５にかかる負担が軽減できる。この結果
モータ９にかかる回転負荷トルクも滑らかなものとな
り、高精度な焦準動作が可能となる。

【００２２】第４実施例 図５は、本発明に係る焦準機構の第４実施例の構成の主
要部を示す図である。図１，図３と同一の構成部分に
は、同一符号を付してあり、説明は省略する。本実施例
は、第３実施例において可動体３を上下動させるための
送りねじ軸５とナット７の組合せをボールねじタイプに
変更したものであり、図中２４はボールねじ軸、２５は
ナット、２６はボールねじ軸２４とナット２５とに設け
られたねじ溝間に介在させた多数のボールを示してお
り、これらは、ボールねじ軸２４の回転時に転がり接触
となるような構造となっている。ボールねじ軸２４は、
図１，図３における送りねじ軸５と同様に、非ねじ部で
あって直径が太くなっている上端部２４ａで、焦準部本
体２の上面に配設された軸受としての自動調心玉軸受２
３により垂設状態に片持支持されており、垂直方向に位
置が規制され、また回転自在となっている。更に、軸受
中心を支点にして角度Δα（軸受によって様々である
が、およそ３〜４ｄｅｇまで可能）だけ傾斜することも
可能である。このように、第４実施例では、ボールねじ
を用いたことにより、ねじ軸２４の回転抵抗が著しく減
少し、その回転も更に滑らかなものとなる。また、本実
施例では、ねじ軸２４が第３実施例と同様に自動調心玉
軸受２３により垂設状態に支持されているので、焦準部
本体２や可動体３等の部品精度が良好でなく自動調心玉
軸受２３とナット２５との間にΔαの傾きが生じても、
焦準部の送り特性やバックラッシュ等の精度には影響を
及ぼさない。

【００２３】なお、本出願人らの実験によると、焦準駆
動させるステージや標本の重量が比較的軽量の場合に
は、第１実施例や第２実施例の様な構成がより効果が大
きく、大重量の場合や、焦準部本体や可動体の部品精度
が良好でない場合には、第３実施例や第４実施例の構成
がより効果が大きい。

【００２４】その他、図面は省略するが、上記各実施例
の変形例としては、上記各実施例におけるモータの軸と
送りねじ軸とを結合するカップリングとして、フレキシ
ブルカップリングやオルダム式カップリングのかわり
に、第２実施例において用いているようなフレキシブル
ジョイントを用いることもでき、それにより、上記各実
施例と同様の作用・効果を奏することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明の顕微鏡の
焦準機構によれば、ねじ軸は、直径が太くなっている一
端部で、焦準部本体上面に配設された軸受により垂設状
態に片持支持されており、他の一端部で可動体に固着さ
れているナットとかみ合うように構成してある。その結
果、ねじ軸に負担がかからず、簡単な構成で高精度，長
寿命な焦準機構が実現できる。

【００２６】また、本発明の顕微鏡の焦準機構によれ
ば、ねじ軸を垂設状態に支持する軸受を調心タイプの軸
受としたので、焦準部本体や可動体の部品精度が悪くね
じ軸が軸受設置部に対して傾いていても軸受内輪が傾斜
した状態で回転可能であるので、ねじ溝に負担をかけず
に、簡単な構成で高精度，長寿命な焦準機構が実現でき
る。

【００２７】また、本発明の顕微鏡の焦準機構によれ
ば、送りねじとしてボールねじを用いたので回転抵抗が
著しく減少し、より高精度，長寿命な焦準機構が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る焦準機構の第１実施例の構成図で
ある。

【図２】本発明に係る焦準機構の第２実施例の構成図で
ある。

【図３】本発明に係る焦準機構の第３実施例の構成図で
ある。

【図４】本発明に係る焦準機構の第３実施例の要部拡大
図である。

【図５】本発明に係る焦準機構の第４実施例の要部拡大
図である。

【図６】従来の顕微鏡における焦準機構の構成図であ
る。

【図７】送りねじを用いた電動送り機構の要部構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 鏡体 ２ 焦準部本体 ３ 可動体 ４ ガイド ５ 送りねじ軸 ６ 軸受 ７ ナット ９ モータ １０ カップリング

フロントページの続き (72)発明者 高橋 一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−236991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−207239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−99113（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−151514（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−173711（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 21/26

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡の鏡体に固定されている焦準部本
   体と、ガイドによって前記焦準部本体に上下動自在に支
   持されている可動体と、前記ガイドと略平行に配置され
   ている送りねじ軸と、前記焦準部本体上に設置され前記
   送りねじ軸を垂直方向に規制しかつ回転自在に垂設する
   ように片持支持する軸受と、前記送りねじ部にかみ合う
   ように前記可動体に固着されたナットと、前記送りねじ
   軸と共軸に前記焦準部本体に取付けられたモータと、前
   記モータのモータ軸と前記送りねじ軸とを結合するカッ
   プリングとを備えた顕微鏡の焦準機構。
2. 【請求項２】 前記軸受を調心タイプの軸受となるよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の焦準機構。
3. 【請求項３】 前記送りねじ軸と前記ナットとの組合せ
   をボールねじタイプの構造となるようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の焦準機構。